鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕原因及防治措施

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1、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕原因及防治措施【摘要】本文詳細闡述了鋼筋混凝土的各種腐蝕原因和機理，并論述了耐腐蝕材料、涂料、陰極保護和電化學除氯等目前被認為有效的防治手段。對于正確分析各種環(huán)境下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕原因及使用正確適當?shù)母g控制措施，提高混凝土結(jié)構(gòu)的壽命有著重要意義。【關(guān)鍵詞】鋼筋混凝土；腐蝕；控制措施1引言鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是土木工程中最常用的結(jié)構(gòu)形式，由于腐蝕帶來的各種問題也是工程中最為關(guān)注的問題之一。美國國家研究委員會的公路戰(zhàn)略研究項目（shrp）對美國由于橋梁結(jié)構(gòu)腐蝕破壞造成的損失進行了估

2、算，金額超過200億美元/年，并且以每年5億美元的速度遞增[1]。英國環(huán)保部門最近的一份報告估計，英國建筑工業(yè)的年成交額為500億鎊，而現(xiàn)在，因腐蝕破壞，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)年維修費已達55億英鎊(占11%)，已成為英國一個沉重的財政負擔[2]。根據(jù)1994年對我國鐵路橋梁檢查情況的統(tǒng)計[3]，我國運營國有鐵路有病害橋6137座，占橋梁總數(shù)的18.8%，其中由于腐蝕導致病害的混凝土橋梁為2675座。因此，了解鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕機理和原因，做到有針對性的腐蝕防護，對于延長混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，提高混凝土結(jié)

3、構(gòu)壽命而言，具有巨大的經(jīng)濟效益。2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕類型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕根據(jù)環(huán)境和腐蝕對象的不同分為以下幾種類型。2.1混凝土碳化混凝土碳化是由于混凝土中的氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳和水發(fā)生反應降低了混凝土孔隙水溶液的ph值，由于混凝土中的水泥石水化物只能存在于高堿性溶液(ph值>12.5)中，當碳化反應發(fā)生后，水泥石水化物穩(wěn)定存在的條件遭到破壞，水解形成的氫氧化硅、氫氧化鐵和氫氧化鈣等堿性氧化物都變成碳酸鹽，使混凝土的孔隙率和滲透性發(fā)生改變，減少了水氣的吸附。同時，ph值的降低導致鋼筋發(fā)生

4、鈍化的堿性條件遭到破壞，鋼筋處于活化狀態(tài)，在水和氧的作用易發(fā)生銹蝕。混凝土碳化是大氣環(huán)境混凝土腐蝕的一種最常見形式。由于碳化作用離不開水的作用，因此干燥環(huán)境下碳化作用較為緩慢，此外合理設置保護層厚度是避免混凝土碳化作用引起鋼筋銹蝕的有效方法。2.2氯離子侵蝕氯離子是極強的去鈍化劑。當鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)處于氯鹽環(huán)境下，氯離子會通過液相擴散或毛細管結(jié)構(gòu)深入混凝土中，游離的cl-與水形成鹽酸，并與混凝土中的氫氧化鈣發(fā)生反應，使水泥石水化產(chǎn)物發(fā)生分解，降低混凝土的密實性。當氯離子滲透至鋼筋表面時，會對鋼筋表面

5、的鈍化膜產(chǎn)生完全或部分的破壞，造成預埋鋼筋的嚴重腐蝕和開裂。鋼筋銹蝕的氧化物體積會膨脹4倍，會在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應力，導致混凝土進一步開裂，使鋼筋與混凝土的握裹力降低，而影響混凝土結(jié)構(gòu)的承載力和使用壽命。海洋環(huán)境與除冰鹽環(huán)境下的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕多為這種情況。在有氯離子的情況下，混凝土的碳化作用遠小于氯離子對鋼筋的腐蝕速度，在多種腐蝕情況同時存在的情況下，氯離子對結(jié)構(gòu)的危害最大。2.3凍融循環(huán)區(qū)別于以上兩種腐蝕類型，混凝土的凍融循環(huán)屬于物理現(xiàn)象，混凝土凍融循環(huán)的發(fā)生主要原因是混凝土中存在孔隙和外界

6、環(huán)境溫度的循環(huán)變化。位于北方地區(qū)的海洋浪濺區(qū)和水位變動區(qū)的橋梁墩臺表面的混凝土經(jīng)常會發(fā)生這種腐蝕。在北方海洋環(huán)境下的秋冬季節(jié)，晝夜溫差可達到10~20度左右。白天海水中的水汽通過毛細孔和微裂縫滲入混凝土并留在孔隙里，晚上留在混凝土孔隙中的水汽遇冷結(jié)冰，在毛細孔壁周圍形成拉應力，此外由孔隙冰與過冷水的飽和蒸汽壓差和鹽分濃度差會引起的過冷水在混凝土毛細孔中的遷移而形成的滲透壓力，膨脹壓力和滲透壓力都會損傷混凝土的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，在凍融循環(huán)的反復作用下，混凝土內(nèi)部的損傷逐步累積擴大，最終在疲勞作用下，造成

7、了結(jié)構(gòu)的破壞。2.4堿-集料反應堿-集料反應是指混凝土原材料中的水泥、外加劑和水中的堿性物與集料中的活性成分發(fā)生反應，在混凝土澆筑成型后若干年逐漸反應，反應生成物吸水膨脹使混凝土產(chǎn)生內(nèi)部應力，膨脹開裂，導致混凝土失去使用功能。為了避免堿-集料反應的發(fā)生，降低混凝土拌合物水泥中的堿性成分是解決堿-集料反應最直接有效的措施。由于鋼筋混凝土組成材料之間的特性差異，導致混凝土產(chǎn)生腐蝕的原因較多，通常在某種環(huán)境下的混凝土腐蝕影響因素并不是單一的。例如在北方海洋性環(huán)境下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)同時面臨著凍融循環(huán)、碳化

8、、堿-集料反應和氯離子侵蝕等危害，它們之間相互作用、相互影響加劇了鋼筋混凝土的破壞。因此深刻理解混凝土各種類型的腐蝕機理，針對環(huán)境作出準確判斷是做好腐蝕防護措施的第一步。3常見腐蝕控制措施美國shrp指出恰當?shù)剡\用多種腐蝕控制措施，可以將橋梁壽命延長幾十年。目前工程常用的腐蝕控制措施包括以下幾種。3.1耐腐蝕材料的使用混凝土目前最常用的防腐蝕材料是高性能混凝土。從上述分析來看，混凝土腐蝕因素大部分都與混凝土的滲透有關(guān)。高性能混凝土中摻加的礦物質(zhì)組分微硅粉能有效減小混凝土中的孔隙尺寸